Hybridní materiály na bázi plazmatem opracovaných přírodních polymerů

• Thesis title in Czech: Hybridní materiály na bázi plazmatem opracovaných přírodních polymerů
• Thesis title in English: Hybrid materials based on plasma-processed nature-derived polymers
• Key words: přírodní polymery|esenciální oleje|nízkoteplotní plazma
• English key words: nature-derived polymers|essential oils|low-temperature plasma
• Academic year of topic announcement: 2024/2025
• Thesis type: dissertation
• Department: Department of Macromolecular Physics (32-KMF)
• Supervisor: prof. Ing. Andrey Shukurov, Ph.D.
• Advisors: Daniil Nikitin, Ph.D.

Guidelines

bude upřesněno, podrobnější informace [e-mail], [phone]

References

C. Chokradjaroen, J.Q. Niu, G. Panomsuwan, N. Saito, Insight on Solution Plasma in Aqueous Solution and Their Application in Modification of Chitin and Chitosan, Int. J. Mol. Sci. 22 (2021) 4308. doi: 10.3390/ijms22094308.
V. Titov, D. Nikitin, I. Naumova, N. Losev, I. Lipatova, D. Kosterin, P. Pleskunov, R. Perekrestov, N. Sirotkin, A. Khlyustova, A. Agafonov, A. Choukourov, Dual-Mode Solution Plasma Processing for the Production of Chitosan/Ag Composites with the Antibacterial Effect, Materials, 13 (2020) 4821. doi:10.3390/ma13214821.
D. Nikitin, I. Lipatova, I. Naumova, N. Sirotkin, P. Pleskunov, I. Krakovsky, I. Khalakhan, A. Choukourov, V. Titov, A. Agafonov, Immobilization of Chitosan Onto Polypropylene Foil via Air/Solution Atmospheric Pressure Plasma Afterglow Treatment, Plasma Chem. Plasma Process. 40 (2020) 207–220. doi:10.1007/s11090-019-10029-2.
D. Nikitin, A. Choukourov, V. Titov, L. Kuzmicheva, I. Lipatova, E. Mezina, V. Aleksandriiskii, A. Shelemin, I. Khalakhan, D. Slavinska, H. Biederman, In situ coupling of chitosan onto polypropylene foils by an Atmospheric Pressure Air Glow Discharge with a liquid cathode, Carbohydr. Polym. 154 (2016) 30–39. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.08.023.

Preliminary scope of work

Problém znečištění životního prostředí syntetickými polymery je považován za celosvětový problém. Plasty nacházejí uplatnění v různých průmyslových odvětvích, jako je obalový průmysl, textilní průmysl, stavebnictví atd., a to díky svým požadovaným funkčním vlastnostem. Pomalá degradace plastů a toxicita jejich zbytků však představuje značné riziko pro ekosystémy naší planety.
Vynikající vlastnosti přírodních polymerů (např. biodegradabilita, netoxicita, hojnost v přírodě a biokompatibilita) představují zajímavé řešení problémů životního prostředí. Kromě toho začlenění komplementárních bioaktivních sloučenin přírodního původu, jako jsou esenciální oleje, do biopolymerní matrice nabízí nový přístup ke zlepšení antibakteriálních nebo bariérových vlastností, zlepšení kvality a bezpečnostních standardů potravinářských produktů. Přechod od konvenčních plastů k biopolymerům představuje ambiciózní přístup k překonání problému nakládání s recyklací odpadu, pomalé rychlosti degradace, ohrožení ekosystémů a dalších nepříznivých vlivů, které brání uzavření životního cyklu produktu.
Práce prozkoumá ekologicky šetrnou metodu opracování emulzí přírodních polymerů (např. chitosan a alginát sodný) a esenciálních olejů (např. tea tree olej a mandlový olej) nízkoteplotním plazmatem za atmosférického tlaku s následným sušením. Výsledné hybridní polymerní fólie budou zkoumány za účelem odhalení jejich chemického složení, makromolekulární struktury a hustoty zesíťování a korelace těchto parametrů s baktericidními/fungicidními vlastnostmi fólií a jejich rozpustností ve vodě. Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika.

Preliminary scope of work in English

The issue of environmental pollution arising from synthetic polymers has been acknowledged as a worldwide problem. Plastics find application in various industries such as packaging, textiles, construction, etc., owing to their desired functional properties. However, the slow degradation of plastics and the toxicity of their remnants pose a significant risk to numerous ecosystems inhabiting our planet.
The excellent qualities of nature-derived polymers (e.g., biodegradability, non-toxicity, abundance in nature, and biocompatibility) present a compelling solution to address the environmental concerns. Furthermore, the incorporation of complementary nature-derived bioactive compounds, such as essential oils, into the biopolymer matrix offers a novel approach to enhance antibacterial or barrier properties, improving the quality and safety standards of food products. The transition from conventional plastics to bio-derived polymers represents an ambitious approach to overcome the issue of waste-recycling management, slow degradation rate, ecosystem endangerment, and other adverse effects forbidding product life cycle closure.
The research will investigate an eco-friendly method of treating emulsions of nature-derived polymers (e.g. chitosan and sodium alginate) and essential oils (e.g. tea tree oil and almond oil) by nonthermal atmospheric plasma, followed by drop casting and drying. Resultant hybrid polymer foils will be investigated to unveil their chemical composition, macromolecular structure, and cross-link density and to correlate these parameters with the bactericidal, fungicidal, and water solubility properties of the foils. The applicant must hold a master’s diploma and have the necessary research abilities in the branch of Biophysics, Chemical, and Macromolecular Physics.